16. Очистка конвертерного газа от со2 по методу «карсол».

В крупнотоннажном агрегате ТЕС (производительность 1360 т/сут.) в качестве абсорбента СО₂ прим. карбонат К₂СО₃ (поташ), в виде 25 ÷ 35 % р-ра. Процесс основан на реакции:

К₂СО₃ + СО₂ + Н₂О ↔ 2КНСО₃, ΔН < 0 (1)

Регенер. отработанного раствора протекает по реакции, обратной (1).

Преимуществом поташного метода перед МЭА очисткой, отн-ся:

1. меньшая стойкость абс – та;

2. меньший расход Q на регенерацию насыщенного раствора.

К недостаткам метода относится:

1) Малая растворимость К₂СО₃ и КНСО₃ в Н₂О при обычной температуре.

2) низкая скорость хемсорбции СО₂;

3) значительное равнов. Р_СО2 над р-рами К₂СО₃, что предопределяет сравнительно высокое содержание СО₂ в очищенных газах.

Для устранения этих недост. на практике исп-ся повышение тем-ры 70÷105 ºС и добавления в р-р активатора равного диэтаноламина (ДЭА) : (НОСН₂СН₂СН₂)₂ NН.

Увеличение тем-ры позволяет повысить р-римость карбонатов и скорость р-ции. Добавление ДЭА приводит к повышению скорости пр-са и снижению равновесного Р_СО2 над р-ром, что увеличивает степень очистки газа от СО₂.Разновидность поташного метода, используемого в агрегате ТЕС наз-ся метод «КАРСОЛ».

В состав раствора «КАРСОЛ» входят, % масс : К₂СО₃ … 25÷ 28; ДЭА … 1,9; V₂О₅ (ингибитор коррозии) … 0,4; V – соn (антивспениватель) … 0,001 ÷ 0,00015; Остальное вода.Содержание СО₂ в очищенном газе при использовании метода «КАРСОЛ» составляет от 0,05 до 0,15 % об., что на порядок больше, чем при МЭА.

18.Физико-химические свойства nн3.Требования к качеству nн3.Синтез nн3 :реакция,равновесие процесса

Относительная молекулярная масса 17,03

Мольный V – м, г /моль: дм3/моль 22,08

t_кип (конд.) (при р = 0,1 МПа), ºС 33,3

t_плав, (крист.), ºС 77,7

Предел взрываемости, % об.: в смеси с воздухом 15÷28

в смеси с О₂ 13,5÷79

Температура конденсации NН₃ существенно повышается с увеличением Р, это позволяет выводить продукционный NН₃ из циркуляционного газа, находящегося под Р в жидком состоянии при повышенных температурах.

Зависимость t_конд. NН₃ от Р , Па.

Давление	атм	0,2	0,5	1	2	5	10	30	60
	МПа	0,020	0,051	0,101	0,203	0,507	1,013	3,040	6,080
Тем-ра конд-ции, °С		-60,5	-46,0	-33,3	-18,7	+4,7	+25,7	+66,1	+98,3

1 атм = 0,101325 МПа

Требования к качеству продукционного nн3 по гост 6221 – 90.

ГОСТ 6221-90: “Аммиак жидкий технический. Технические условия”.В зависимости от назначения жид. NН₃ выпускают 3 марок: А – для производства азот. кислоты, для азотирования, в качестве хладоагента, для создания защитных атмосфер;А_к – для поставок на экспорт и для транспортирования по магистральному аммиакопроводу.Б – для переработки на удобрения, и для исп. в с/х в качестве азотного удобрения.

По физико – химическим показателям NН₃ должно соответствовать следующим нормам:

Показатель	А	Ак	Б
1. Массовая доля NН3	99,9	99,6	99,6
2. Массовая доля N2,% не менее	-	82	82
3. Массовая доля Н2О (остаток после испарения),%	-	0,2÷0,4	0,2÷0,4
4. Массовая доля Н2О (метод Фишера), % не более	0,1	-	-
5. Массовая концентрация масла, мг/дм3, не более	2	2	8
6. Масс. конц. железа мг/дм3, не более	1	1	2
7. Масс. конц. общего хлора, мг/кг, не более	-	0,5	-
8. Масс. доля СО2, мг/кг, не более	-	30±10	-

Для А_к контролируют 7 и 8, чтобы не разрушился аммиакопровод, т.к. хлор и СО₂ вызывают коррозию.Равновесие реакции синтеза NН₃

Синтез NН₃ может быть описан обратимой экзотерм. реакцией.

N₂(г) +3 Н₂(г) ↔ 2 NН₃ (г), ΔН = - 92 кДж (1)

Согласно принципу М – Шателье, выход продукта будет увеличен при Р↑ и t↓.

Выражение для К_р синтеза им. Вид:

, (2)

Равнов. конц – ии NН₃ в смеси N₂ и Н₂ состава приведены в таблице а)

Равновесные концентрации NН₃, % обТаблица а)

Температура,º С	Давление, МПа
	0,98	4,9	29,4
300	14,7	39,4	71,0
500	1,21	5,56	26,44

Таблица б)

“Константы равн – я р – ции синтеза NН₃ МПа^-1”

Температура,º С	Давление, МПа
	0,98	4,9	29,4	58,8
300	0,624	0,665	0,867	1,733
500	0,038	0,038	0,050	0,065

Из табл. б) следует, что значения К_р, вычисл-ые по (2) зависят не только от t, но и от Р. Это является следствием отклонения, свойств сжатых газов от свойств идеал. газов.

Зависимость К_р р-ции синтеза от t и Р выраж-ся несложным эмпирическим ур-ем Ларсона и Доджа: lg√К = - 2074,8/Т + 2,4943 lgТ + βТ – 1,8564 *10^-7 *Т² + J , (3)

где : Т – тем-ра, К; β – коэффициент, зависящий от давления; J – константа интегрирования.Уравнение (3) записано для К_р обратной р-ции, т. е для К = Р_Н2^0,5 * Р_N2^1,5/ Р_NН3 .Для прямого знаки меняются на противоположные, в правой части уравнения.

К_прям *К_обр = 1.

Теплота реакции вычисл. Из Ур – ния, учит – го влияния t и Р:

q = 38276,7+(23,00+35488,37/Т+19407,15*10⁶/Т³)*Р+22,35Т+10,55*10^-4*Т² –7,08*10^-6*Т³, (4),где q – тепловой эффект, кДж / кмоль; Т - средняя температура в зоне синтеза, К; Р - давление в зоне синтеза, МПа.

Фазовое равновесие в системе газ – жидкость.Рассмотрение этой системы необходимо для выбора оптимальных условий конденсации NН₃ из газовой фазы в жидкую.Таблицав)

“Равновесные конц-ции NН₃ в газе в системе «газ-жидкость» для смеси N₂–Н₂–NН₃, %об.”

Давление, МПа	Температура, ºС
	-20	0	+20	+50
9,8	2,51	5,49	10,69	25,19
29,4	1,32	2,90	5,64	13,29

Из этих данных следует, что равновесная концентрация NН₃ в газовой фазе для 3 – х компонентной системы N₂ – Н₂ – NН₃ зависит от t и Р.Для более полного выделения NН₃ из газа путём конденсации следует использовать более низкую температуру и более высокое давление. Накопление инертных примесей метана и Ar в синтез – газе является «-» фактором, поскольку приводит к повышению конц-ции NН₃ в равновесном газе - таблица г).Таблица г) “Равновесные конц-ции NН₃ в газе (% об.) в системе «Г-Ж» для 5-ти компонентной смеси N₂ –Н₂–NН₃–СН₄–Ar при Р = 29,4 МПа”

Температура,º С	Давление, МПа
	-20	0	+20
0	1,32	2,90	5,64
10	1,46	3,16	6,16
20	1,59	3,43	6,65

Таким образом, увеличение содержания инертов в газе приводит к снижению доли NН₃, кот. конденсируется.